新型預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)在硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　摘要：硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)除少數(shù)廠家采用預(yù)熱器煅燒工藝，大部分企業(yè)仍采用干法中空窯生產(chǎn)工藝，煤耗高，排放超標(biāo)，污染大，加上管理落后，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。本文結(jié)合新型預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)在硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)踐，對預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)運(yùn)用路線提出一些建議，供同仁參考。

　　關(guān)鍵字：  預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)。硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)應(yīng)用

　　一、前言

　　硫鋁酸鹽水泥（CSA）作為中國四大特種水泥品種（白水泥、低熱大壩水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥）之一，隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在中國有著廣泛的市場。硫鋁酸鹽水泥是中國建筑材料科學(xué)研究院研制成功的特種水泥系列，它包括快硬、自應(yīng)力、低堿等不同的水泥品種，二十多年來廣泛應(yīng)用在GRC制品、冬季施工、自應(yīng)力水泥壓力管及普通排水管等建筑工程和制品方面，取得了良好的效果；在配制剛性防水材料和混凝土膨脹劑等特種工程材料方面也得到了一定量的應(yīng)用，受到了用戶的歡迎；同時(shí)也被應(yīng)用于抗?jié)B堵漏、搶修搶建工程等特殊工程。目前中國硫鋁酸鹽水泥的年產(chǎn)量已達(dá)近150萬噸。

　　硫鋁酸鹽水泥是以適當(dāng)成分的石灰石、礬土、石膏為原料，經(jīng)低溫（1300～1350℃）煅燒而成的以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物組成的熟料，摻加適量混合材（石膏和石灰石等）共同粉磨所制成的具有早強(qiáng)、快硬、低堿度等一系列優(yōu)異性能的水硬性膠凝材料。

　　目前全國共有硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)企業(yè)28家，除唐山北極熊特種水泥有限公司和唐山六九水泥有限公司等少數(shù)廠家采用預(yù)熱預(yù)分解器窯和五級旋風(fēng)預(yù)熱器煅燒工藝，大部分企業(yè)仍采用干法中空窯生產(chǎn)工藝，煤耗高，排放超標(biāo)，污染大，加上管理落后，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。由此應(yīng)用新型預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)對干法中空窯進(jìn)行改造，不僅可以提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，降低生產(chǎn)煤耗，從而節(jié)約能源，降低成本，而且應(yīng)用新型袋除塵技術(shù)可以確保粉塵排放濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。2005年2月在山東金魯城集團(tuán)魯中水泥有限公司日產(chǎn)1OOO噸窯外分解窯上首次生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥獲得成功，標(biāo)志著完全可以應(yīng)用預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)進(jìn)行硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)，使硫鋁酸鹽水泥走出了小型化生產(chǎn)的模式，向大型化特種水泥企業(yè)邁進(jìn)。由于大型化的實(shí)現(xiàn)，使硫鋁酸鹽水泥企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性明顯提高，為進(jìn)入大型水泥制品行業(yè)和大型工程應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

　　表1:目前各窯型熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗（kg標(biāo)煤/t熟料） 

　　二、預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)運(yùn)用路線

　　新型的預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)在普通水泥生產(chǎn)工藝已運(yùn)用得普遍成熟，并根據(jù)不同的原燃料，分解爐的型式會(huì)有所變化，以適應(yīng)不同工廠的原燃料狀況。

　　硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)原料主要是鋁礬土、石灰石和石膏，三種原料配合比例：

　　礬土為34～40%,石灰石為45～50%,石膏配合比例為15～19硫鋁酸鹽水泥熟料的礦物組成及形成過程也不盡相同，硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成溫度為1350±50℃，比普通水泥熟料稍低，同時(shí)要控制S03的揮發(fā)量。因此預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)中必須充分考慮上述因素。

　　1、分解爐

　　分解爐的型式很多，有在線和離線兩種類型。根據(jù)硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)特點(diǎn)，我們認(rèn)為一般宜采用在線爐。分解爐設(shè)計(jì)需從延長料氣停留時(shí)間、強(qiáng)化流動(dòng)形式、改善爐內(nèi)環(huán)境氣氛等方面著手，特別要注意適應(yīng)性強(qiáng)的問題。地方廠的原燃料情況復(fù)雜，質(zhì)量差是客觀存在。除要求工廠盡量做到均勻搭配，適量存放，例如簡易的均化堆棚均化措施外，設(shè)計(jì)上針對偏差的煤質(zhì)，相對變化大一些的范圍，考慮爐子的適應(yīng)性是必要的。所謂適應(yīng)性強(qiáng)一是要針對改造廠的基本煤質(zhì)，二是有變動(dòng)靈活的可能性如：入爐料量的分配可調(diào)性，喂煤點(diǎn)位置及數(shù)量的可變性；三是最好為純空氣點(diǎn)燃，部分純空氣燃燒，同時(shí)充分利用窯氣。

　　我們設(shè)計(jì)的分解爐的具體特點(diǎn)：

　　分解爐采用噴騰流（窯氣）與旋流（三次風(fēng)）形成的復(fù)合流，兼具噴騰流與旋流的特點(diǎn)，二者強(qiáng)度的合理配合促使物料在分解爐錐體處充分分散。

　　·分解爐中部設(shè)置縮口，可以增大縮口下部物料的回流量并改善上部物料的分布，有利于延長物料停留時(shí)間。

　　·在分解爐與C5之間設(shè)置較長的鵝頸管，補(bǔ)充分解爐功能，延長氣體和物料的停留時(shí)間。

　　2、預(yù)熱器系統(tǒng)

　　最大限度換熱，盡量低的流體阻力，盡量省的基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠是對預(yù)熱器的基本要求。據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有生產(chǎn)資料統(tǒng)計(jì)，采用五級旋風(fēng)預(yù)熱器約比四級旋風(fēng)預(yù)熱器的出口廢氣溫度降低40℃左右，可降低熟料燒成熱耗約125kJ/kg.采用四級預(yù)熱器的預(yù)分解系統(tǒng)，入窯生料分解率為80%～85%.而采用五級預(yù)熱器的預(yù)分解系統(tǒng)，入窯生料分解率為90%～95%.所以，采用五級預(yù)熱器的預(yù)分解窯，產(chǎn)量要比采用四級預(yù)熱器的預(yù)分解窯高5%～1 5%.因此，目前普通水泥生產(chǎn)基本采用五級旋風(fēng)預(yù)熱器。對于硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)，其分解爐出口溫度一般較普通水泥生產(chǎn)低60～8O℃，因此對于小型中空窯改造為節(jié)省投資可采用四級旋風(fēng)預(yù)熱器，中大型回轉(zhuǎn)窯宜采用五級旋風(fēng)預(yù)熱器。

　?。?）高效低阻是預(yù)熱器設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)將國內(nèi)外大型設(shè)計(jì)中已經(jīng)成熟應(yīng)用的技術(shù)，運(yùn)用于硫鋁酸鹽水泥預(yù)熱器設(shè)計(jì)之中。主要特點(diǎn)如下：

　　·旋風(fēng)筒采用三心270°包角、大偏心的蝸殼形式，將氣流平穩(wěn)引入旋風(fēng)筒，兼顧高效與低阻；

　　·在C1錐體和渦殼中分別設(shè)有反射錐和導(dǎo)流板，減少系統(tǒng)外循環(huán)量；

　　·旋風(fēng)筒錐體部分設(shè)計(jì)成斜錐，減少因氣流折向而造成錐體底部物料的二次飛揚(yáng)；

　　·進(jìn)風(fēng)口采用等角度變高度的切角五邊形，順應(yīng)流體運(yùn)動(dòng)方向，減少進(jìn)口氣流與回流相撞，降低流體阻力損失，提高分離效率。

　　·出風(fēng)口設(shè)置“脈動(dòng)”風(fēng)管，避免低風(fēng)速下物料短路，增強(qiáng)物料的分散和換熱。

　?。?）聯(lián)接管道與旋風(fēng)筒組成的換熱單元里，氣固熱交換主要在管道，阻力損失也相當(dāng)一部分在管道。為增加處理能力和延長氣固停留時(shí)間，也為降低實(shí)際生產(chǎn)阻力，管道風(fēng)速適當(dāng)降低。在有撤料裝置能使粉料分散的管道內(nèi)，風(fēng)速可在大于12m/s、小于16m/s的范圍內(nèi)（過去的數(shù)據(jù)是16<v<24）。

　　（3）采用新型的鎖風(fēng)閥、撒料裝置和防堵清堵設(shè)施，在主體設(shè)備確定后，這些都是關(guān)鍵的小設(shè)備，起到事半功倍的作用，必須用新技術(shù)裝備。

　?。?）改造后的各級料管尺寸、走向角度也要給予關(guān)注，以保證料流順暢，生產(chǎn)穩(wěn)定，事故少。盡量使溜角大于65°或不小于60°，這對硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)尤為重要。

　　（5）用大型國產(chǎn)化預(yù)分解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，強(qiáng)化密閉堵漏和保溫隔熱，解決中小型系統(tǒng)廢氣帶走熱和胴體散失熱損失大的嚴(yán)重缺陷。強(qiáng)調(diào)襯料性能和砌筑質(zhì)量的重要。

　　（6）不必要求過高的自動(dòng)化水平，但必要的儀器儀表必須齊備好用，能反映系統(tǒng)狀況，方便操作。

　　3、關(guān)于回轉(zhuǎn)窯的問題

　　由于預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)和強(qiáng)化，提高了入窯物料分解率，相同產(chǎn)量時(shí)窯的負(fù)荷大大減輕。如果技改可沿用原有窯體尺寸，不必改動(dòng)而達(dá)到增產(chǎn)目的。但應(yīng)注意窯速范圍，中空窯一般不超過1.5r/min.采用預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)改造為NSP窯必須根據(jù)需要核算應(yīng)有的傳動(dòng)功率，調(diào)整窯速范圍，最高窯速達(dá)到4.5r/min為宜。一般需更換電機(jī)減速機(jī)。

　　關(guān)于窯頭窯尾即使在窯規(guī)格不變的情況下，仍需對涉及的部位進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)。如窯尾煙室喂料斜坡的變動(dòng)；冷卻機(jī)、燃燒器、三次風(fēng)管等牽涉窯頭罩的變動(dòng)；窯頭窯尾密封及護(hù)板的改進(jìn)完善等等。建議由窯頭抽取三次風(fēng)更有利，一則大窯門的砌筑難度相對比大型小，二則也是主要的三次風(fēng)溫可提高約200℃，計(jì)算約相當(dāng)于增加10%的分解爐燃料量，對預(yù)分解有利，尤其對硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)有利。

　　4、關(guān)于冷卻機(jī)的選型

　　冷卻機(jī)的配套完好是采用預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)后新型干法窯增產(chǎn)節(jié)能的關(guān)鍵因素之一，一般國內(nèi)硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)線的冷卻機(jī)型式為單筒冷卻機(jī)，使用效果不太令人滿意。冷卻效率和熱回收效率低，熱損失大，妨礙了窯系統(tǒng)產(chǎn)能的發(fā)揮。為確保冷卻機(jī)的性能與技改后窯系統(tǒng)指標(biāo)相適應(yīng)，并保證供應(yīng)窯及預(yù)分解系統(tǒng)所需的高溫助燃空氣，冷卻機(jī)建議采用如下方案：

　?。?）小型生產(chǎn)線一般可以采用單筒冷卻機(jī)。單筒冷卻機(jī)簡單，運(yùn)行可靠，單位熟料冷卻電耗低，不造成廢氣。缺點(diǎn)是，熟料的冷卻速度較慢，出機(jī)熟料的溫度較高，二次空氣進(jìn)風(fēng)不均勻，影響火焰的穩(wěn)定性。特別對于硫鋁酸鹽水泥熟料，由于燒成溫度較低，立升重只有800～1000,有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)粉，使用單筒冷卻機(jī)會(huì)造成窯頭飛灰嚴(yán)重，影響窯內(nèi)看火。為了仔細(xì)觀察窯內(nèi)情況，有時(shí)需要將冷卻機(jī)停機(jī)觀察，頻繁的停開冷卻機(jī)回造成機(jī)械磨損和電器的損壞，影響冷卻機(jī)的使用壽命；而長時(shí)間的停冷卻機(jī)會(huì)造成煙室的堵塞，影響窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為節(jié)省投資，建議小型生產(chǎn)線可以采用單筒冷卻機(jī)，但需采用新型高效式，內(nèi)部揚(yáng)料裝置的結(jié)構(gòu)形式采用組合式，采用耐熱、耐磨材質(zhì)和抗熱震性好的襯料，采用斜坡式進(jìn)料，新型結(jié)構(gòu)的熱端密封。

　?。?）中大型生產(chǎn)線宜采用篦式冷卻機(jī)。硫鋁酸鹽水泥的燒成系統(tǒng)過去很少采用篦式冷卻機(jī)，是因?yàn)檎J(rèn)識(shí)上存在誤區(qū)，認(rèn)為硫鋁酸鹽水泥熟料中微小顆粒過多，會(huì)造成蓖式冷卻機(jī)的堵塞，從而影響窯內(nèi)的氣氛和熱工制度。通過實(shí)踐證明，這種觀點(diǎn)是不對的，影響了硫鋁酸鹽水泥企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。

　　其優(yōu)點(diǎn)為：①篦冷機(jī)熱效率高，出機(jī)熟料溫度低，供分解爐三次用風(fēng)溫度較高。熟料出冷卻機(jī)的溫度小于80℃，大大低于單筒冷卻機(jī)120～150℃的水平，為熟料的急冷創(chuàng)造了有利的條件，使熟料的質(zhì)量有所提高。同時(shí)，大大減輕了水泥磨的負(fù)擔(dān)，對防止水泥中石膏的脫水和提高磨機(jī)的產(chǎn)量均有很好的作用。

　?、诟G頭環(huán)境好，第三代篦式冷卻機(jī)，料層厚，流動(dòng)性好，避免了細(xì)顆粒熟料導(dǎo)致的料層浮動(dòng)現(xiàn)象。只要采取縮短集料斗下電動(dòng)密封閥門卸料間隔的措施，不會(huì)造成冷卻機(jī)的堵塞。因此不存在某些專家擔(dān)心的“硫鋁酸鹽水泥熟料中的細(xì)顆粒飛揚(yáng)入窯，使窯內(nèi)清晰度下降，影響看火”的問題。

　?、郛a(chǎn)量高；篦式冷卻機(jī)的產(chǎn)量較高，完全可以滿足生產(chǎn)1000噸/日硫鋁酸鹽水泥的需要。因此，建議今后在新建或改、擴(kuò)建大中型硫鋁酸鹽水泥廠時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮應(yīng)用篦式冷卻機(jī)。

　　5、關(guān)于煤的計(jì)量及燃燒裝置

　　目前很多廠煤粉計(jì)量系統(tǒng)多采用沖板流量計(jì)，甚至利用雙管絞刀的轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)量由于該設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)，導(dǎo)致計(jì)量失準(zhǔn)，入窯煤量忽大忽小，影響了產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量。煤粉燃燒裝置多采用國產(chǎn)化簡易多通道噴煤管，甚至還有用單通道噴煤管。這不僅影響燃燒效率，而且也進(jìn)一步影響到產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量。由此我們建議：

　?。?）分解爐喂煤及回轉(zhuǎn)窯喂煤計(jì)量設(shè)備都采用轉(zhuǎn)子秤，煤的輸送采用引進(jìn)技術(shù)國內(nèi)生的鎖風(fēng)螺旋泵。并采用微機(jī)調(diào)整和監(jiān)控喂煤量的大小，從而保證了喂煤的穩(wěn)定。

　?。?）窯頭必須采用多通道噴煤管是新型干法窯的操作要求之一，便于火焰的調(diào)整，以及對煤質(zhì)的適應(yīng)。實(shí)踐證明，使用新型多通道燃燒器相對單通道將節(jié)約煤耗5～10%.

　　三、應(yīng)用實(shí)踐

　　1、XT水泥公司Φ2.5/2.2×45m中空回轉(zhuǎn)窯原產(chǎn)量為5t/h,標(biāo)煤耗為260kg/噸熟料：運(yùn)用預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)改造后產(chǎn)量提高到11t/h,標(biāo)煤耗為130kg/噸熟料。停產(chǎn)改造45天。

　　2、AD水泥公司Φ1.9/1.6×36m中空回轉(zhuǎn)窯原產(chǎn)量為2.5t/h,標(biāo)煤耗為310kg/噸熟料，運(yùn)用預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)改造后產(chǎn)量提高到6.5t/h,標(biāo)煤耗降為170kg/噸熟料。停產(chǎn)改造40天。

　　四、結(jié)束語

　　在本文中通過新型預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)在硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)踐，提出了硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)應(yīng)采用新型預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)。并重點(diǎn)討論了運(yùn)用過程中有關(guān)分解爐選型、預(yù)熱器設(shè)計(jì)、冷卻機(jī)及煤粉計(jì)量和燃燒器選型這幾個(gè)問題。由于采用新型預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)改造后產(chǎn)量大幅度提高，燒成系統(tǒng)附屬的冷卻機(jī)、增濕塔、高溫引風(fēng)機(jī)、除塵器及供煤設(shè)備等都要相應(yīng)進(jìn)行更換或改造。